Đã bao giờ bạn thắc mắc tại sao chúng ta có thể xây lâu đài cát vững chãi khi ướt nhưng lại không thể trồng cây lâu dài trên đó? Trong khi đó, đất thịt trong vườn lại có thể giữ cho cây cối tươi tốt suốt mùa hè. Bí mật không nằm ở đâu xa mà chính trong cấu trúc vật chất của chúng. Hãy cùng khám phá siêu năng lực giữ nước của đất thịt nhé!

3 yếu tố chính giải thích vì sao cát giữ nước kém hơn đất

Sự khác biệt tưởng chừng đơn giản này lại đến từ ba nguyên nhân khoa học vô cùng thú vị, từ cấu trúc vật lý vĩ mô đến các tương tác hóa học vi mô.

Sự khác biệt cơ bản nhất nằm ở kích thước. Hãy hình dung bạn có hai chiếc lọ: một lọ chứa đầy những viên bi và một lọ chứa đầy bột mì. Khi đổ nước vào, nước sẽ chảy xuyên qua lọ bi gần như ngay lập tức.

• Đất cát: Gồm các hạt khoáng có kích thước lớn (0.05mm - 2mm). Giữa chúng là những kẽ hở hay lỗ rỗng rất to, khiến nước dễ dàng chảy tuột xuống dưới tác động của trọng lực. Khả năng thấm hút của cát rất nhanh, nhưng khả năng giữ lại thì cực kỳ kém.
• Đất thịt: Là sự kết hợp của cát, mùn và đặc biệt là các hạt sét siêu nhỏ. Các hạt li ti này lấp vào những kẽ hở lớn, tạo ra một mạng lưới lỗ rỗng chằng chịt và nhỏ hơn nhiều, giúp giữ nước lại hiệu quả.

>>> Xem chi tiết: Vì sao đi trên cát vào ban ngày lại nóng bỏng chân hơn đi trên bãi cỏ?

Vai trò của hạt sét trong việc giữ nước

Đây chính là "vũ khí bí mật" mang tính hóa học của đất thịt. Hạt sét không chỉ nhỏ mà bề mặt của chúng còn tích điện âm.

Trong khi đó, phân tử nước (H2​O) lại phân cực, với đầu oxy hơi âm và đầu hydro hơi dương. Vì vậy, các hạt sét hoạt động như hàng triệu "nam châm" tí hon, hút và giữ chặt các phân tử nước xung quanh mình. Cát, với thành phần chủ yếu là SiO2​, gần như không có khả năng này.

Vì sao nước dễ thẩm thấu trong đất thịt hơn?

Mao dẫn là khả năng chất lỏng tự dâng lên trong các không gian hẹp, chống lại trọng lực.

• Trong cát: Các kẽ hở lớn giống như những chiếc ống hút khổng lồ. Lực mao dẫn ở đây rất yếu, không đủ sức kéo và giữ nước lại.
• Trong đất thịt: Vô số kẽ hở siêu nhỏ lại hoạt động như hàng triệu ống mao dẫn tí hon. Lực mao dẫn trong chúng cực mạnh, giúp nước có thể "leo trèo" ngược lên, giữ độ ẩm trong đất lâu hơn và cung cấp cho rễ cây một cách bền bỉ.

>>> Chi tiết tại: Khám phá sức căng bề mặt: Vì sao giọt nước đọng lại trên lá cây?

Thí nghiệm so sánh độ giữ nước 

Lý thuyết là vậy, nhưng còn gì tuyệt hơn khi tự tay kiểm chứng? Hãy cùng thực hiện một hoạt động STEM vui để so tài giữ nước giữa hai "đấu sĩ" cát và đất thịt.

1. Chuẩn bị: 2 chai nhựa rỗng giống nhau, bông gòn, 1 cốc cát khô, 1 cốc đất thịt và nước.
2. Thiết lập: Cắt đôi 2 chai nhựa. Lật ngược phần đầu chai, lót một ít bông gòn ở miệng nắp và đặt lên phần thân chai còn lại để tạo thành phễu lọc. Đổ cát vào phễu thứ nhất và đất thịt vào phễu thứ hai với lượng bằng nhau.
3. Kiểm tra: Đổ từ từ cùng một lượng nước vào mỗi phễu. Quan sát xem lượng nước chảy xuống ở mỗi chai. Bạn sẽ thấy nước chảy qua cát gần như ngay lập tức, trong khi đất thịt giữ lại một lượng nước đáng kể.

Thí nghiệm đất đơn giản này là cách tuyệt vời để trực tiếp thấy vì sao cát giữ nước kém hơn đất.

Tát giữ nước kém là do sự kết hợp của cấu trúc hạt to, thiếu thành phần sét có khả năng hút nước và lực mao dẫn yếu. Hiểu rõ điều này không chỉ giúp ta trả lời một câu hỏi khoa học thú vị mà còn ứng dụng vào việc làm vườn và chăm sóc cây trồng hiệu quả hơn.

>>> Tìm hiểu ngay: Vì sao có những đám mây trắng xốp và những đám mây đen báo hiệu mưa?